Luận án tiến sĩ nông nghiệp nghiên cứu chọn tạo dòng bố mẹ chống chịu bạc lá, rầy nâu phục vụ phát triển lúa lai hai dòng ở việt nam

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM LÊ HÙNG PHONG NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO DÒNG BỐ MẸ CHỐNG CHỊU BẠC LÁ, RẦY NÂU PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN LÚA LAI HAI DỊNG Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NƠNG NGHIỆP HÀ NỘI - 2018 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM LÊ HÙNG PHONG NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO DÒNG BỐ MẸ CHỐNG CHỊU BẠC LÁ, RẦY NÂU PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN LÚA LAI HAI DÒNG Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Di truyền Chọn giống trồng Mã số: 9620111 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: - PGS.TS Nguyễn Trí Hồn - TS Nguyễn Như Hải HÀ NỘI – 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi, kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa sử dụng bảo vệ để lấy học vị Tôi xin cam đoan hợp tác, giúp đỡ cho việc thực hoàn thành luận án cám ơn nhận đồng thuận, thơng tin trích dẫn luận án ghi rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng .năm 2018 Nghiên cứu sinh Lê Hùng Phong ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành nội dung học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án, nhận hướng dẫn, bảo tận tình thầy giáo, giúp đỡ, động viên bạn bè, đồng nghiệp gia đình Nhân dịp này, cho phép tơi bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Trí Hồn TS Nguyễn Như Hải dành nhiều công sức, thời gian, tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt trình học tập thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo, tập thể cán công nhân viên chức Trung tâm NC&PT lúa lai tạo điều kiện, giúp đỡ hỗ trợ cho tơi suốt q trình tơi tham gia học tập thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện, tập thể cán viên chức Phòng KH-HTQT, Bộ mơn Cơng nghệ sinh học, Bộ môn Bảo vệ thực vật, Bộ môn SL-SH chất lượng nông sản Viện Cây lương thực Cây thực phẩm giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi suốt q trình thực đề tài Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Ban Đào tạo sau đại học Thầy cô, xin cảm ơn Phòng, Ban chức thuộc Viện Khoa học Nơng nghiệp Việt Nam tận tình giúp đỡ tơi q trình học tập, thực đề tài hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn tập thể Lãnh đạo, cán công nhân viên chức Bộ môn Di truyền miễn dịch, Viện BVTV; Viện NC&PT Cây trồng, Học Viện Nông nghiệp Việt Nam phối hợp hỗ trợ cho suốt trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ mặt, động viên khích lệ tơi hồn thành luận án./ Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Nghiên cứu sinh Lê Hùng Phong iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG xi DANH MỤC HÌNH xiv MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu 3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài luận án 3.1 Ý nghĩa khoa học 3.2 Ý nghĩa thực tiễn 4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu: 4.2 Phạm vi nghiên cứu: 5 Thời gian, địa điểm nghiên cứu 5.1 Thời gian nghiên cứu: 5.2 Địa điểm nghiên cứu: Những đóng góp đề tài luận án: Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Cơ sở khoa học đề tài 1.1.1 Ưu lai, sở di truyền biểu ưu lai lúa 1.1.1.1 Ưu lai 1.1.1.2 Cơ sở di truyền tượng ưu lai 1.1.1.3 Cơ sở phân tử tượng ưu lai 1.1.1.4 Biểu ưu lai lúa 1.1.2 Hệ thống bất dục đực chọn tạo giống lúa lai hai dòng 11 1.1.2.1 Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ (TGMS) lúa 12 iv 1.1.2.2 Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm quang chu kỳ (PGMS) lúa 13 1.2 Cơ sở thực tiễn đề tài 15 1.2.1 Tình hình nghiên cứu vàphát triển lúa lai giới 15 1.2.1.1 Tình hình nghiên cứu pháttriển lúa lai Trung Quốc 15 1.2.1.2 Tình hình phát triển lúa lai nước khác 20 1.2.1.3 Nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai kháng bệnh bạc 24 1.2.1.4 Nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai kháng rầy nâu 29 1.2.2 Nghiên cứu khả kết hợp 34 1.2.3 Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai nước 38 1.2.3.1 Sản xuất lúa lai đại trà 39 1.2.3.2 Sản xuất hạt giống lúa lai F1 nước 40 1.2.3.3 Một số kết nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai dòng 43 1.2.3.4 Kết nghiên cứu khả chống chịu sâu bệnh lúa lai Việt Nam 46 Chương2 48 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 48 2.1 Vật liệu nghiên cứu: 48 2.2 Nội dung nghiên cứu 49 2.2.1 Lai tạo, chon lọc dòng bố mẹ lúa lai dòng kháng rầy nâu 49 2.2.2 Lai tạo, chọn lọc dòng bố mẹ lúa lai dòng kháng bệnh bạc 49 2.2.3 Lai tạo tổ hợp lúa lai theo hướng kháng bệnh bạc lá, rầy nâu 49 2.3 Phương pháp nghiên cứu 49 2.3.1 Đánh giá nguồn vật liệu kháng bạc lá, rầy nâu: 49 a Nhân trì nguồn Vi khuẩn phòng 51 b Thí nghiệm lây nhiễm nhà lưới đồng ruộng 51 2.3.2 Lai tạo chọn lọc dòng bố mẹ lúa lai kháng bệnh bạc lá, rầy nâu 52 2.3.2.1 Lai tạo chọn lọc dòng bố mẹ chống chịu rầy nâu, bạc 53 2.3.2.2 Kiểm tra có mặt gen kháng dòng bố mẹ chống chịu rầy nâu, bạc 56 2.3.2.3 Đánh giá khả kết hợp dòng bố mẹ chống chịu rầy nâu, bạc 62 2.3.3 Lai tạo lựa chọn tổ hợp lúa lai theo hướng kháng bệnh bạc lá, rầy nâu 62 2.4 Phương pháp phân tích số liệu 63 Chương 64 v KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 64 3.1 Kết lai tạo, chọn lọc dòng bố mẹ kháng rầy nâu 64 3.1.1 Đánh giá vật liệu phục vụ chọn tạo dòng bố, mẹ kháng rầy 64 3.1.1.1 Một số đặc điểm nông sinh học vật liệu mang gen kháng rầy nâu 64 3.1.1.2 Một số đặc điểm nông sinh học vật liệu nhận gen kháng rầy nâu 66 3.1.2 Kết lai tạo, chọn lọc dòng bố kháng rầy nâu 68 3.1.2.1 Kết lai chuyển gen kháng rầy vào dòng bố 68 3.1.2.2 Xác định có mặt gen kháng rầy nâu dòng triển vọng 72 3.1.2.3 Đánh giá khả kết hợp dòng bố kháng rầy nâu: 74 3.1.3 Kết lai tạo, chọn lọc dòng mẹ TGMS kháng rầy nâu 78 3.1.3.1 Kết lai chuyển gen kháng rầy nâu vào dòng TGMS 78 3.1.3.3 Đánh giá khả kết hợp chung (GCA) dòng mẹ TGMS mang gen kháng rầy nâu số dòng mẹ khác 90 3.2.1 Kết đánh giá vật liệu phục vụ chọn tạo dòng mẹ kháng bệnh bạc 91 3.2.1.1 Một số đặc điểm dòng mang gen kháng bạc 91 3.2.1.2 Một số đặc điểm dòng TGMS nhận gen kháng bạc 96 3.2.2 Kết lai chuyển gen kháng bạc vào dòng mẹ TGMS 97 3.2.2.1 Kết kiểm tra tính đa hình dòng bất dục TGMS 98 3.2.2.2 Xác định có mặt gen kháng bạc Xa4, Xa7 dòng bất dục chuyển gen kháng bạc 99 3.2.2.3 Khả kết hợp chung dòng TGMS chọn tạo 104 Đánh giá khả kết hợp chung yếu tố cấu thành suất suất dòng mẹ mang gen kháng bạc so với dòng ban đầu, kết trình bày bảng 3.24 105 3.3 Kết lai tạo tổ hợp lúa lai kháng bạc lá, rầy nâu 107 3.3.1 Lai tạo tổ hợp lúa lai theo hướng kháng rầy nâu 107 3.3.1.1 Đánh giá số đặc điểm nông sinh học, yếu tố cấu thành suất lai F1vụ Xuân 2016 Thanh Trì, Hà Nội 107 3.3.1.2 Đánh giá khả kết hợp riêng dòng mẹ TGMS mang gen kháng rầy số dòng mẹ khác 112 3.3.2 Lai tạo tổ hợp lúa lai theo hướng kháng bệnh bạc 117 vi 3.3.2.1 Kết lai tạo đánh giá số đặc điểm nông sinh học, yếu tố cấu thành suất tổ hợp lai theo hướng kháng bạc vụ Mùa 2016 Thanh Trì, Hà Nội 117 3.3.2.2 Đánh giá khả kết hợp riêng tổ hợp lai có dòng mẹ mang gen kháng bạc 123 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 131 Kết luận 131 Đề nghị: 132 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO 134 I TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT: 134 II TÀI LIỆU TIẾNG ANH: 137 PHỤ LỤC 150 Mối tương quan kiểu hình sinh học rầy nâu 150 gen kháng rầy giống lúa 150 PHỤ LỤC 151 Phản ứng kháng, nhiễm dòng lúa thị đa gen nhóm nòi vi khuẩn X oryzae miền Bắc Việt Nam (2003) 151 PHỤ LỤC 153 Kết tạo tổ hợp lai chuyển gen kháng rầy năm 2009, 2010 153 PHỤ LỤC Sơ đồ chọn tạo dòng mẹ AMS35S 154 PHỤ LỤC 155 Kết phân tích khả kết hợp 155 dòng bố mang gen kháng rầy nâu 155 PHỤ LỤC 159 Kết phân tích khả kết hợp GCA SCA 159 dòng mẹ TGMS mang gen kháng bạc 159 PHỤ LỤC 163 Kết phân tích khả kết hợp 163 tổ hợp lai có dòng mẹ TGMS kháng rầy nâu 163 PHỤ LỤC 178 Kết phân tích khả kết hợp 178 vii tổ hợp lai có dòng mẹ TGMS kháng bạc 178 PHỤ LỤC 196 Báo cáo kết đánh giá tính chống chịu rầy nâu 196 số giống lúa lai năm 2017 196 viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết đầy đủ/nghĩa tiếng Việt Chữ viết tắt AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism (Đa hình khuyếch đại đoạn chiều dài) APSA Asia and Pacific Seed Association (Hiệp hội hạt giống châu Á - Thái Bình Dương) BAC Bacterial Artificial Chromosome (Nhiễm sắc thể nhân tạo vi khuẩn) BD Bất dục CMS Cytoplasmic Male Sterile (Bất dục đực tế bào chất) CT Cơng thức CSSLs Chromosome segment substitution lines (Dòng thay đoạn nhiễm sắc thể CV% Coefficient of variation (hệ số biến động) ĐB Đồng ĐBSCL Đồng sông Cửu Long D/R Dài/rộng Đ/C Đối chứng ĐKTN Điều kiện tự nhiên ĐKNK Điều kiện nhà kính DNA DeriboNucleic Acid (Axit đêoxiribonuclei) EGMS Environment sensitive Genic Male Sterile (Dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với môi trường) FAO Food and Agriculture Oganization (Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc) GCA General Combining Ability (Khả kết hợp chung) 194 È -¼ Ty le dong gopcuaDong , cay thuvatuongtac vaobien dong chung Dong gopcuaDong : 4.474 Dong gopcua Cay thu 41.979 Dong gopcua Dong * Cay thu : 53.547 : CAC TRUNG BINH CUA CAC DONG ³ 17.083 ³ ³ md[ 4] = md[ 1] = 16.333 18.339 ³ ³ md[ 5] = md[ 2] = 17.972 18.267 ³ md[ 3] = ³ Sai so so sanh so trungbinh mivamjcua dong -Sd(mdi - mdj) = 0.157 Sai so so sanh mot trungbinhvoitrungbinhcua tat cacac dong -Sd(mdi) = 0.100 CAC TRUNG BINH CUA CAC CAY THU ³ mct[ 1] = 19.127 ³ mct[ 2] = 18.773 ³ mct[ 3] = 20.500 ³ ³ mct[ 4] = 13.013 ³ mct[ 5] = 16.860 ³ mct[ 6] = 17.320 ³ Sai so so sanh so trungbinhcua cay thu Sd(mcti - mctj) = 0.172 Sai so so sanh mot trungbinhvoitrungbinhcua tat cacac cay -Sd(mcti) = 0.111 KHA NANG KET HOP CHUNG CUA CAY THU Ú ¿ ³ CAY THU ³ KNKH ³ ³ ³ ³ ³ 1.528 ³ ³ ³ 1.174 ³ ³ ³ 2.901 ³ ³ ³ -4.586 ³ ³ ³ -0.739 ³ ³ ³ -0.279 ³ À Ù Sai so cuakhanangket hop chungcua cay thu: Sai so so khanangket hop chungcua cay thu: KHA NANG KET HOP CHUNG CUA CAC DONG Ú ¿ ³ DONG ³ KNKH ³ ³ ³ 0.122 0.172 195 ³ ³ 0.740 ³ ³ ³ 0.668 ³ ³ ³ -0.516 ³ ³ ³ -1.266 ³ ³ ³ 0.373 ³ À Ù Sai so cuakhanangket hop chungcua dong: 0.111 Sai so so khanangket hop chungcua dong: 0.157 Khanangket hop rieng DONG * CAY THU Ú ¿ ³ ³ Cay ³ Cay ³ Cay ³ Cay ³ Cay ³ ³ ³ ³ dong ³ 0.033³ 0.420³ 2.560³ -3.253³ 0.400 ³ ³ dong ³ 1.939³ -0.841³ 0.232³ -2.014³ -1.728 ³ ³ dong ³ -1.211³ 4.642³ 0.616³ 0.402³ 2.156 ³ ³ dong ³ -1.461³ -5.408³ 0.066³ 6.552³ 0.006 ³ ³ dong ³ 0.700³ 1.187³ -3.473³ -1.687³ -0.833 ³ À Ù Ú -¿ ³ ³ Cay ³Bien dong³ ³ -³ ³ dong ³ -0.160³ 3.441 ³ ³ dong ³ 2.412³ 3.417 ³ ³ dong ³ -6.604³ 14.305 ³ ³ dong ³ 0.246³ 14.816 ³ ³ dong ³ 4.107³ 6.814 ³ À -Ù Bien dong cay thu 1.907 16.541 Trungbinhbien dong cua cay thu Trungbinhbien dong cua Dong Sai so cuakhanangket hop rieng : Sai so so sanhhai KNKHR : 13.216 8.558 8.921 0.273 0.385 4.708 15.089 2.066 196 PHỤ LỤC Báo cáo kết đánh giá tính chống chịu rầy nâu số giống lúa lai năm 2017 197 HÌNH ẢNH MỘT SỐ DÒNG BỐ KHÁNG RẦY NÂU DÒNG R838 CHUYỂN GEN KHÁNG RẦY NÂU DÒNG TL6 CHYỂN GEN KHÁNG RẦY NÂU 198 DÒNG R1028 CHUYỂN GEN KHÁNG RẦY NÂU DÒNG RP3 CHUYỂN GEN KHÁNG RẦY NÂU 199 DÒNG RP8 CHUYỂN GEN KHÁNG RẦY NÂU HÌNH ẢNH 200 MỘT SỐ DỊNG MẸ MANG GEN KHÁNG BẠC LÁ DÒNG AMS30S (827S)-KHÁNG BẠC LÁ 201 DỊNG AMS35S KHÁNG BẠC LÁ 202 203 HÌNH ẢNH MỘT SỐ DÒNG MẸ MANG GEN KHÁNG RẦY NÂU 204 205 HÌNH ẢNH TỔ HỢP LAI HYT 285 (AMS30S/RP3) (Vụ mùa 2018 Thanh Trì, Hà Nội) ... (Yuan L.P., 2006) Ưu lai tích cực hay tiêu cực, hai ưu lai tích cực tiêu cực hữu ích tùy thuộc vào đặc điểm mục đích khai thác, ví dụ ưu lai tích cực ưu lai cho suất ưu lai tiêu cực thời gian... sở phân tử tượng ưu lai Ở mức phân tử có hai mơ hình giải thích ưu lai: thứ hai alen khác hai gen khác tổ hợp biểu hiện; thứ hai tổ hợp alen khác tạo tương tác sở biểu ưu lai Thách thức mơ hình... hữu hiệu…Ưu lai thể hệ (thế hệ F1) (Nguyễn Công Tạn cs., 2002) Ở lúa, ưu lai thay đổi tùy theo mức độ đa dạng bố mẹ diện gen ưu lai dòng bố mẹ, lai hai lồi phụ indica japonica thể ưu lai cao nhất,